铝熔体测氢技术发展前景

    迄今为止，各国研制的测氢装置近20余种。这些方法大体上可分为二类：取样法和直接法。取样法是从铝液中取样进行分析，以确定其氢含量，诸如凝固试样法、*气泡法，真空萃取法等。前二者的测试精度不够。其受夹杂物的影响较大，且易误判。真空萃取法测试虽然，但是取样要求高，测试时间长(1h-2h)，难以用于现场检测。近年来人们对铝液直接测氢方法研究较多，其大多是在循环气体法(egas法)的基础上改进，其应用也较广泛，zui近国外报道了一种直接压力法测氢装置，其较ega法更为简单，而且具有广泛的应用前景。

一、浸人探头法

前苏联科学家Baщeнко等人于1978年发明此法。其假定铝液中氢的扩散遵循菲克*定律。其将AIN制成的探头浸入铝液中，并抽以真空，测定吸氢速率，即通过计算可得出铝液中氢的浓度。此法甚为快速，即仅40s-50s便可获得稳定的氢气流。但是铝液中氢的扩散是非稳态的。此装置对高氢含量的铝液测试准确，而对低氢含量的铝液测试偏差较大。此外该装置较复杂。稳定性较差。

二、电测法

   Gee与Frey于1975年发明此法。其以CaH2作为参比电极，根据浓差电池的原理测出电位差，从而计算出铝液中氢的平衡浓度。其浓差电池的组成是：不锈钢，Ca+CaH2|CaH2|铝液，不锈钢。

此法简单、快速，但是存在两个缺点： 

1、CaH2的热稳性不好，易热分解；

2、CaH2易受潮与铝液反应，导致误测，所以此法尚需进一步研究。

三、循环气体法(egas法)

   30多年前Ransley等人发明此法。其通过向铝液中提供惰性气泡，并往复循环，经一段时间后，气泡内的氢分压达到平衡，通过热导析气仪测出铝液中的平衡氢分压，然后按Sievert定律计算铝液中氢的浓度。依此原理，人们研制出多种仪表应用于生产与研究中。诸如我国研制的SQH-I型炉前测氢气相色谱仪，美国ALSCAN测氢仪，Leco RH-3等。迄今为止，循环气体法是开发与应用得zui为成熟的测氢方法。zui近Andersen等人将循环气体法进行改进，即调整了测试探头、电桥等而研制出egasⅡ型测氢仪。其使测试更加、方便。

循环气体法测试铝液中氢的浓度一般需要5min-10min。该法测试过程中尚存在几个问题：

1、测试所需达到的平衡受氢传质系数影响，对低氢铝液测试时间略长，偏差略大；

2、在测试过程中，惰性气体气泡连续破坏铝液氧化膜，引起铝液与大气反应而导致误测；

3、测试装置昂贵，且其探头易热脆。

四、直接压力法(DPM法)

早在1958年，Ransley研究了循环气体法和直接压力法测试铝液中的氢含量。由于当时他认为直接压力法是不能实现的，因此便着力于尹发循环气体法装置。随着测试技术的不断更新，zui近德国Max-Plank研究中心的E.Fromm研制出一种直接压力测氢装置。

直接压力法是将一特制探头插入铝液，并抽以真空，氢在探头表面析出并扩散到真空系统中，经一段时间后，真空系统内的氢分压与铝液中的氢达到平衡，然后据Siever定律便能计算铝液中氢的浓度。

DPM法zui大的优点是测试装置简单。但是其测试达到平衡的时间长，即一般需要20min-30min。Fromrn在测试过程中向真空系统内通入少量氢气，使之能快速达到平衡。据报道，Fromm的DPM装置能在10min左右测出铝液的平衡氢分压。DPM法的测试精度较高。

DPM法尚处在研究阶段，还存在几个缺点：

1、测试时间较长，应寻找更为合适的探头材料；

2、与探头连接的小管易热脆，探头寿命不长；

3、测试过程中通氢，其量不易控制，不安全。

有些学者对此法进行了初步研究后，设计出一套新型DPM装置。DPM法装置zui关键的组元是测氢探头8及数据采集处理仪5。其对测氢探头要求：

a、组成探头的材料化学性质稳定，高温下不发气、不与铝液反应；

b、探头材料的孔隙度必须适宜，真空下氢能渗入而铝液不能透入；

c、探头材料与铝液不润湿，防止铝液渗透，同时氢能在探头表面析出，在铝液中，探头能充当一个“人工气泡”；

d、与探连接的小管必须要耐热冲击，表面光滑。

其采用不锈钢管与碳素材料制成探头。数据采集处理仪必须能分辨微电信号，且能抗干扰以及测试稳定。其能判别氢分压稳定与否。通过其能将氢分压换算成氢浓度。

这种新型DPM装置与E.Fromm的装置相比较，有以下几个特点：

　　a、测试探头成本低廉且寿命较长；

　　b、该装置在测试过程中不需添加氢，设备更加简单且测试时间短，仅5min左右便能测出铝液平衡氢分压。